C語言實現(xiàn)動態(tài)順序表詳解
什么是順序表?
順序表是在計算機內(nèi)存中以數(shù)組的形式保存的線性表，線性表的順序存儲是指用一組地址連續(xù)的存儲單元依次存儲線性表中的各個元素，使得線性表中在邏輯結(jié)構(gòu)上相鄰的數(shù)據(jù)元素存儲在相鄰的物理存儲單元中，即通過數(shù)據(jù)元素物理存儲的相鄰關(guān)系來反映數(shù)據(jù)元素之間邏輯上的相鄰關(guān)系，采用順序存儲結(jié)構(gòu)的線性表通常稱為順序表。順序表是將表中的結(jié)點依次存放在計算機內(nèi)存中一組地址連續(xù)的存儲單元中。
簡言之，順序表是用一段物理地址連續(xù)的存儲單元依次存儲數(shù)據(jù)元素的線性結(jié)構(gòu)，一般情況下采用數(shù)組存儲。在數(shù)組上完成數(shù)據(jù)的增刪查改。可以類比vector，簡單理解為可以動態(tài)增長的數(shù)組~~
順序表一般可以分為：
1.靜態(tài)順序表(直接定義數(shù)組)：存儲數(shù)據(jù)的空間是固定的；
導致的問題：開小了不夠用，開大了浪費空間，現(xiàn)實中不實用
2.動態(tài)順序表(用指針接收malloc動態(tài)開辟)：存儲數(shù)據(jù)的空間是可以動態(tài)增長的，可以更好的適應于現(xiàn)實中的使用
1. 定義順序表結(jié)構(gòu)體：
首先，我們要創(chuàng)建一個順序表類型，該順序表類型包括了順序表的起始位置、記錄順序表內(nèi)已有元素個數(shù)的計數(shù)器(size)，以及記錄當前順序表的容量的變量(capacity)。
typedef int SLDataType;//定義一個類型，以便更好的適應每一種數(shù)據(jù)的存儲，這里以存放整型數(shù)據(jù)為例
typedef struct SeqList
{
SLDataType* a;//聲明了一個指向順序表的指針
int size;//記錄當前順序表內(nèi)元素個數(shù)
int capacity;//記錄當前順序表的最大容量
}SeqList;//C語言中直接使用Seqlist類型
2. 初始化順序表：
我們需要一個初始化函數(shù)，對順序表進行初始化。這里多說兩句自己的一些理解：有些小伙伴會對結(jié)構(gòu)體直接賦值為0來進行初始化，這種操作雖然編譯器不給error，但也會報warning，我們應該注意這一點，因為本身struct中的指針類型也不能簡單的以0來初始化，實在不想用接口的話，那我建議你用NULL來初始化指針~~當然我們要有意識地去寫工程化的代碼，每個獨立的功能習慣地去用函數(shù)封裝起來，我們調(diào)用接口實現(xiàn)功能。
//初始化順序表
void SeqListInit(SeqList* ps)
{
assert(ps);//斷言
ps->a = NULL;//剛開始時順序表為空，順序表指針為NULL
ps->size = 0;//起始時元素個數(shù)為0
ps->capacity = 0;//容量為0
/* 或者一開始就開辟空間，給定capacity
ps->a = (SLDateType*)malloc((sizeof(SLDateType)* 4));
if (ps->a == NULL)
{
printf("malloc fail\n");
exit(-1);
}
ps->size = 0;
ps->capacity = 4;
*/
}
3. 銷毀順序表：
因為順序表所用的內(nèi)存空間是動態(tài)開辟在堆區(qū)的，所以我們在使用完后需要及時對其進行釋放，避免造成內(nèi)存泄漏。 一般這個操作放在return之前調(diào)用。
當然，如果想在下次運行前記住當前的一些增刪查改，若需要對數(shù)據(jù)進行保存，可以使用文件操作函數(shù)將數(shù)據(jù)保存到一個文件中，下次使用順序表的時候先讀取文件數(shù)據(jù)即可。
//銷毀順序表
void SeqListDestory(SeqList* ps)
{
assert(ps);//斷言
free(ps->a);//釋放順序表指針指向的空間
ps->a = NULL;//及時置空
ps->size = 0;//元素個數(shù)置0
ps->capacity = 0;//容量置0
}
4. 打印順序表：
打印函數(shù)沒啥好說的，直接遍歷一遍size個數(shù)組中的元素即可。
//打印順序表
void SeqListPrint(SeqList* ps)
{
assert(ps);//斷言
int i = 0;
//循環(huán)打印順序表指針指向的數(shù)據(jù)
for (i = 0; i < ps->size; i++)
{
printf("%d ", ps->a[i]);
}
printf("\n");
}
5. 判斷容量+擴容：
我們應該意識到，每次需要增加數(shù)據(jù)的時候，首先都應該先檢查順序表內(nèi)元素個數(shù)是否已達順序表容量上限。若已達上限，那么我們就需要先對順序表進行擴容，然后才能增加數(shù)據(jù)。擴容就要使用到realloc函數(shù)。
//檢查順序表容量是否已滿，若已滿，則增容
void SeqCheckCapacity(SeqList* ps)
{
if (ps->size == ps->capacity)//判斷已滿，需要增容
{
//判斷順序表容量是否為0，若為0，則先開辟用于存放4個元素的空間大小，若不為0，則擴容為原來容量的兩倍
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
SLDataType* newArr = realloc(ps->a, newcapacity*sizeof(SLDataType));
if (newArr == NULL)
{
printf("realloc fail\n");
exit(-1);
}
//最好用同一個指針維護較為穩(wěn)妥，所以我們把newArr賦值給ps
ps->a = newArr;//開辟成功，將順序表指針更新
ps->capacity = newcapacity;//容量更新
}
}
注意： 若傳入realloc的指針為空指針(NULL)，則realloc函數(shù)的作用相當于malloc函數(shù)。
6. 頭插數(shù)據(jù)：
要想在順序表的表頭插入數(shù)據(jù)，那么就需要先將順序表原有的數(shù)據(jù)從后往前依次向后挪動一位，最后再將數(shù)據(jù)插入表頭。注意一定要依次從后面移動數(shù)據(jù)，否則會發(fā)生覆蓋。
//頭插
void SeqListPushFront(SeqList* ps, SLDataType x)
{
assert(ps);
SeqCheckCapacity(ps);//檢查容量
int i = 0;
for (i = ps->size; i > 0; i--)//將數(shù)據(jù)從后往前依次向后挪
{
ps->a[i] = ps->a[i - 1];
}
ps->a[0] = x;
ps->size++;//順序表元素個數(shù)加一
}
注意： 挪動數(shù)據(jù)的時候應從后向前依次挪動，若從前向后挪動，會導致后一個數(shù)據(jù)被覆蓋。
7. 尾插數(shù)據(jù)：
尾插相對于頭插就比較簡單了，直接在表尾的size插入數(shù)據(jù)即可。記得size也要相應地++
//尾插
void SeqListPushBack(SeqList* ps, SLDataType x)
{
assert(ps);
SeqCheckCapacity(ps);//檢查容量
ps->a[ps->size] = x;
ps->size++;//順序表元素個數(shù)加一
}
8. 指定下標位置插入數(shù)據(jù)：
要做到在指定下標位置插入數(shù)據(jù)，首先我們需要得到一個下標位置，然后從該下標位置開始（包括該位置），其后的數(shù)據(jù)從后往前依次向后挪動一位，最后將數(shù)據(jù)插入到該下標位置。
//指定下標位置插入
void SeqListInsert(SeqList* ps, int pos, SLDataType x)
{
assert(ps);
assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);//檢查輸入下標的合法性
SeqCheckCapacity(ps);//檢查容量
int i = 0;
for (i = ps->size; i > pos; i--)//從pos下標位置開始，其后的數(shù)據(jù)從后往前依次向后挪
{
ps->a[i] = ps->a[i - 1];
}
ps->a[pos] = x;
ps->size++;//順序表元素個數(shù)加一
}
我們可以發(fā)現(xiàn)，頭插和尾插實際上就是在下標為0的位置和下標為ps->size的位置插入數(shù)據(jù)，也就意味著我們可以統(tǒng)一使用該函數(shù)來實現(xiàn)頭插和尾插。
相當于實現(xiàn)了代碼復用，一定程度上也起到了便于管理的效果。
//頭插
void SeqListPushFront(SeqList* ps, SLDataType x)
{
SeqListInsert(ps, 0, x);//在下標為0的位置插入數(shù)據(jù)
}
//尾插
void SeqListPushBack(SeqList* ps, SLDataType x)
{
SeqListInsert(ps, ps->size, x);//在下標為ps->size的位置插入數(shù)據(jù)
}
9. 刪除數(shù)據(jù)：
刪除數(shù)據(jù)，其實可以理解為：從某個位置開始，數(shù)據(jù)依次向前覆蓋，相應的size做出改變。這樣一來，該位置的數(shù)據(jù)就相當于刪除了。
10. 尾刪數(shù)據(jù)：
尾刪就更簡單了，直接將順序表的元素個數(shù)減一即可。把size減一，讓其遍歷不到最后一個數(shù)據(jù)，也就是刪除了。ps：其實，深入了解的話，操作系統(tǒng)層面上的刪除也是如此，你不能訪問了，對于OS來說就是刪除了~~
//尾刪
void SeqListPopBack(SeqList* ps)
{
assert(ps);
assert(ps->size > 0);//保證順序表不為空
ps->size--;//順序表元素個數(shù)減一
}
11. 指定下標位置刪除數(shù)據(jù)：
要刪除指定下標位置的數(shù)據(jù)，我們只需要從下標位置開始，其后的數(shù)據(jù)從前向后依次覆蓋即可。
//指定下標位置刪除
void SeqListErase(SeqList* ps, int pos)
{
assert(ps);
assert(ps->size > 0);//保證順序表不為空
assert(pos >= 0 && pos < ps->size);
int i = 0;
for (i = pos; i < ps->size - 1; i++)//從pos下標位置開始，其后的數(shù)據(jù)從前往后依次向前覆蓋
{
ps->a[i] = ps->a[i + 1];
}
ps->size--;//順序表元素個數(shù)減一
}
同理，頭刪和尾刪實際上也就是刪除下標為0的位置和下標為ps->size - 1的位置的數(shù)據(jù)，也就意味著我們可以統(tǒng)一使用該函數(shù)來實現(xiàn)頭刪和尾刪。
//頭刪
void SeqListPopFront(SeqList* ps)
{
SeqListErase(ps, 0);//刪除下標為0的位置的數(shù)據(jù)
}
//尾刪
void SeqListPopBack(SeqList* ps)
{
SeqListErase(ps, ps->size - 1);//刪除下標為ps->size - 1的位置的數(shù)據(jù)
}
12. 查找數(shù)據(jù)：
查找數(shù)據(jù)也相對簡單，直接遍歷一次順序表即可，若找到了目標數(shù)據(jù)，則停止遍歷，并返回該數(shù)據(jù)的下標，否則返回-1。
//查找元素，若有，返回下標，否則返回-1
int SeqListFind(SeqList* ps, SLDataType x)
{
assert(ps);
int i = 0;
for (i = 0; i < ps->size; i++)//遍歷順序表進行查找
{
if (ps->a[i] == x)
return i;//找到該數(shù)據(jù)，返回下標
}
return -1;//未找到，返回-1
}
13. 修改數(shù)據(jù)：
修改數(shù)據(jù)，就直接對該位置的數(shù)據(jù)進行再次賦值即可。
//修改指定下標位置元素
void SeqListModify(SeqList* ps, int pos, SLDataType x)
{
assert(ps);
assert(pos >= 0 && pos < ps->size);//檢查輸入下標的合法性
ps->a[pos] = x;//修改數(shù)據(jù)
}
14. 源代碼：
1. SeqList.h:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
typedef int SLDatatype;
typedef struct SeqList
{
SLDatatype *a; //存儲數(shù)據(jù)空間的指針
int size; //有效數(shù)據(jù)的個數(shù)
int capacity; //容量空間大小
} SeqList;
//順序表初始化聲明
void SeqListInit(SeqList *ps);
//順序表銷毀聲明
void SeqListDestory(SeqList *ps);
//檢查空間，如果滿了，進行空間增容
void CheckCapacity(SeqList *ps);
//順序表打印聲明
void SeqListPrint(SeqList *ps);
//順序表尾插
void SeqListPushBack(SeqList *ps, SLDatatype x);
//順序表頭插
void SeqListPushFront(SeqList *ps, SLDatatype x);
//順序表尾刪
void SeqListPopBack(SeqList *ps);
//順序表頭刪
void SeqListPopFront(SeqList *ps);
//順序表查找
SLDatatype SeqListFind(SeqList *ps, SLDatatype x);
//順序表在pos位置插入
void SeqListInsert(SeqList *ps, int pos, SLDatatype x);
//順序表刪除pos位置的值
void SeqListErase(SeqList *ps, int pos);
2. SeqList.cpp:
#include "SeqList.h"
void CheckCapacity(SeqList *ps)
{
//空間不夠，需要增容
if (ps->size == ps->capacity)
{
SLDatatype *tmp = (SLDatatype *)realloc(ps->a, sizeof(SLDatatype) * ps->capacity * 2);
//如果空間不足，可能增容失敗
if (ps->a == NULL)
{
printf("順序表已滿,無法插入\n");
exit(-1);
}
ps->a = tmp;
ps->capacity *= 2;
}
}
//順序表初始化；需要傳址
void SeqListInit(SeqList *ps)
{
ps->a = (SLDatatype *)malloc(sizeof(SLDatatype) * 4);
//malloc失敗
if (ps->a == NULL)
{
printf("malloc fail\n");
exit(-1);
}
memset(ps->a, 0, sizeof(SLDatatype) * 4);
ps->size = 0;
ps->capacity = 4;
}
//順序表銷毀；需要傳址
void SeqListDestory(SeqList *ps)
{
free(ps->a);
ps->a = NULL;
ps->size = 0;
ps->capacity = 0;
}
//順序表打印
void SeqListPrint(SeqList *ps)
{
for (int i = 0; i < ps->size; ++i)
{
printf("%d ", ps->a[i]);
}
printf("\n");
}
//順序表尾插
void SeqListPushBack(SeqList *ps, SLDatatype x)
{
assert(ps);
CheckCapacity(ps);
//空間夠了，直接把插入的數(shù)據(jù)放到a[size]位置處
ps->a[ps->size] = x;
ps->size++;
}
//順序表頭插
void SeqListPushFront(SeqList *ps, SLDatatype x)
{
assert(ps);
CheckCapacity(ps);
//從最后一個數(shù)的位置開始一個一個往后移
int end = ps->size - 1;
while (end >= 0)
{
ps->a[end + 1] = ps->a[end];
--end;
}
//x賦值給頭位置
ps->a[0] = x;
ps->size++;
}
//順序表尾刪
void SeqListPopBack(SeqList *ps)
{
assert(ps);
//若無此步驟size為0時再size--為-1
assert(ps->size > 0);
ps->size--;
}
//順序表頭刪
void SeqListPopFront(SeqList *ps)
{
assert(ps);
assert(ps->size > 0);
int begin = 1;
//從第二個數(shù)的位置開始往前移
while (begin < ps->size)
{
ps->a[begin - 1] = ps->a[begin];
++begin;
}
ps->size--;
}
//順序表查找,可以查找一個數(shù)在不在數(shù)組里，并返回其下標，配合其他接口使用
SLDatatype SeqListFind(SeqList *ps, SLDatatype x)
{
assert(ps);
for (int i = 0; i < ps->size; ++i)
{
if (ps->a[i] == x)
{
return i;
}
}
return -1;
}
//順序表在pos位置插入
void SeqListInsert(SeqList *ps, int pos, SLDatatype x)
{
assert(ps);
assert(pos >= 0 && pos < ps->size);
CheckCapacity(ps);
int end = ps->size - 1;
while (end >= pos)
{
ps->a[end + 1] = ps->a[end];
--end;
}
ps->a[pos] = x;
ps->size++;
}
//順序表刪除pos位置的值
void SeqListErase(SeqList *ps, int pos)
{
assert(ps);
assert(pos >= 0 && pos < ps->size);
while (pos < ps->size - 1)
{
ps->a[pos] = ps->a[pos + 1];
++pos;
}
ps->size--;
}
3. test.cpp:
#include "SeqList.h"
int main()
{
SeqList Sl;
//測試順序表初始化
SeqListInit(&Sl);
//測試順序表尾插
SeqListPushBack(&Sl, 1);
SeqListPushBack(&Sl, 2);
SeqListPushBack(&Sl, 3);
SeqListPushBack(&Sl, 4);
SeqListPushBack(&Sl, 5);
SeqListPrint(&Sl);
//測試順序表頭插
SeqListPushFront(&Sl, 0);
SeqListPrint(&Sl);
//測試順序表尾刪
SeqListPopBack(&Sl);
SeqListPopBack(&Sl);
SeqListPrint(&Sl);
//測試順序表頭刪
SeqListPopFront(&Sl);
SeqListPrint(&Sl);
SeqListFind(&Sl, 1);
SeqListPrint(&Sl);
//測試順序表在pos位置插入
SeqListInsert(&Sl, 1, 20);
SeqListPrint(&Sl);
//測試順序表刪除pos位置的值
SeqListErase(&Sl, 0);
SeqListPrint(&Sl);
//測試順序表查找
int pos = SeqListFind(&Sl, 3);
if (pos != -1)
{
printf("找到了\n");
}
//查找配合刪除刪掉指定的數(shù)
int pos1 = SeqListFind(&Sl, 2);
if (pos1 != -1)
{
SeqListErase(&Sl, pos1);
}
SeqListPrint(&Sl);
//順序表銷毀
SeqListDestory(&Sl);
return 0;
}
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